浅谈高压输电线路钢管杆的设计应用
摘要：本文提出了钢管杆设计的基本原则和使用范围，通过对铜管杆的设计实践和比较，并根据施工和运行反馈的信息，简单论述钢管杆的特点。
关键词：钢管杆；输电线路
随着我国国民经济的持续，用电量骤增，城区输变电工程数量增多，建设的高压线路将越来越多。目前采用的送电线路有两种：一种是电力电缆，它采用特殊加工制造而成的电缆线，埋没于地下或敷设在电缆隧道中；另一种是最常见的架空线路，它一般使用无绝缘的裸导线，通过立于地面的杆塔作为支持物，将导线用绝缘子悬架于杆塔上。由于电缆价格较贵，因此，我国目前绝大部分高压输电线路都采用架空线路。钢管杆以其相对于常规角钢铁塔占地面积小、外形美观、结构简单、加工容易、施工方便、运行安全可靠、维护工作量少的特点，在新城区的高压架空线路中得到了广泛的应用。
110 kV横县。六景线路工程线路起自220 kV横县变，终至110 kV六景变，线路直线距离为38km，大致呈东西偏北走向，全线路均在横县境内。该工程的施工图设计中，为了配合城市规划，美化城市环境，根据实际情况，本工程在六景园区内采用钢管塔沿规划道路绿化带走线。
1 设计思路
本工程设计的原则是遵循《110 kV～500 kV架空送电线路设计技术规范》(DL／T5092—1999)、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL／T5154—2002)和《架空送电线路钢管杆设计技术规定》(DL／T5130—2001)的要求以及其他相关的技术规范，结合本工程的具体情况，考虑既经济合理，又方便加工、施工及运行维护，同时兼顾环境保护等方面的有利因素。线路所通过的六景工业园区地段靠近城市规划道路，城建规划要求较多，线路走廊狭窄，可征地面积少，因此采用加工制造容易，施工方便，运行安全可靠。占地面积少，易于满足城建规划要求的钢管杆。
2 设计用气象条件
《广西区架空送电线路设计用气象条件区划分》资料，结合附近已有线路的运行经验，本线路属Ia无冰弱风区，设计采用的气象条件，最高气温：400℃，最低气温：－50℃，最大风速：23．5 m／s，覆冰0 mm。
3 钢管杆使用条件的确定
3．1 导线、接地线型号
根据本工程初步设计审查批复文件，本工程设计使用钢管杆部分为单回路，选择的导线为LGJ－300／40钢芯铝绞线地线型号：本工程采用两根地线，选用GJ－50钢绞线。
3．2 使用档距的确定
考虑到本段线路为城区线路，地形平坦，因而不同塔位的水平档距、垂直档距分散性不大，因此将钢管杆的设计使用档距确定为：水平档距为100 m，垂直档距为120 m。
3．3 最大呼称高的确定
本线路沿城市规划花带架设，花带有绿化树木通信线及在变电站出线1 km处跨越良圻一六景110 kv线路的情况，同时为了城市美观，将最大呼称高定得太小，无疑将会制约钢管杆的使用。但是，将最大呼称高定得过高，又会使全塔的材料指标相应增加。经过试算在不会导致杆塔单基指标明显增大的前提下，将钢管杆的呼称高定为：耐张转角呼称高27 m，直线段呼称高27m～33m。
4．1 杆型选择
钢管杆选择是杆塔设计的核心。一个钢管杆是否安全可靠，结构是否简单合理、指标是否先进，外型与环境是否协调、美观，这都决定于钢管杆型的选择。采用拔梢多边形的杆段组成，杆段采用法兰相连，避免施工焊接，有利于保护主杆镀锌层不受破坏。该杆型优点：结构简单，受力清楚，占地面积少，易于满足城建规划要求，且在城市线路中，较美观；钢管杆由横担、杆身、法兰三部分组成。
4．2 杆身主柱
钢管杆主柱受钢模长度、直径的限制，可根据结构受力、变形等要求，较随意调整杆段的长度、坡度、壁厚等设计参数，设计更趋于合理化。
4．3 横担形式
横担采用变形截面型式，为了节省材料及充分利用电气间隙，从顶部到根部为变形截面，增加了杆型的整体美观性。横担不宜直接与杆身连接。在荷载的作用下，横担根部的受压部位易产生应力集中，使局部受压，尤其杆身上段，一般管壁较薄，在集中外力作用下容易使局部压曲，加大壁厚又不经济。因此，横担与杆身的连接处，应进行局部补强，具体办法是在杆身上焊接靴梁支座，使横担传来的外力得以分散，以避免杆体局部压曲。
4．4 法兰
在杆身连接时采用刚性法兰连接，即带肋法兰。受力时法兰盘、法兰肋板和螺栓同时作用，法兰盘不允许发生变形。这种连接刚度较好，在连接处可视为无任何变形。
4．5 基础
通常钢管杆的基础包括钻孔灌注桩基础和台阶式基础，本工程将根据地质情况，钢管杆采用灌注桩基础；在进行桩基础设计时，首先要满足基本构造要求；桩的入土深度要大于6 m，至少有3 m长桩身埋在较好的土层；且因城镇地下管线较多，进行机械开挖孔灌注桩基础时，地下1 m须人工挖掘，注意有无其他地下管线，以避免损坏地下管线。
5 钢管杆的特点
钢管杆结构简单，构件小，具有较低的风载体形系数，作用在钢管杆杆身上的风荷载比铁塔小得多，并且钢管杆具有良好的柔性，以上特陛，大大有利于确保其在强风作用下的安全性。
随着土地日显紧张，为提高土地效益，城市规划部门一般提供狭窄的高压线路走廊或利用绿化带作为高压架空线路的通道，普通自立式铁塔因为根开宽，需要比较大的走廊，占的位置多，不适合在受限制的走廊内架设。如在同一路径上铺设电缆线路，则投资非常大，工程建设单位往往难于接受。钢管杆因为杆径小，占地少需要的走廊比较小，而且可以在4 m～6 m的绿化带内方便地架设。因而能满足在走廊受限制地区架设架空线路的需要。
加工安装方便。钢管杆采用分件加工运输，现场组装，加工安装方便。从施工反馈的信息得知，与铁塔相比，钢管杆还有以下优点：省去了塔位平降基工序；杆塔组立方便。这些都说明了钢管杆在方便施工、加快工程进度方面具有很大的优势。
城市的市容越来越受到重视，钢管杆由于结构匀称，线条明快，配上机翼型的横担，动感十足，令人耳目一新，如再涂上城市的主色调不但不会影响景观，反而对周围的景观起到美化、协调的作用。因而可以广泛应用于风景区和城市中心。由于现阶段钢管杆的钢材一般采用Q235、Q345，强度不大，不适用于多回路大容量的送电线路，因此必然要采用更高强度的钢材，设计出荷载大的钢管杆。而且目前我国送电线路中钢材费用占了工程费用的主体，因此现阶段钢管杆一般应用于城郊结合区域，有走廊限制的地带，而不适宜在或走廊无限制的地区推广。
